CN211012988U - 基于激光视觉信息避障导航的移动机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开基于激光视觉信息避障导航的移动机器人，该移动机器人包括第一摄像头、第二摄像头和至少一个红外激光发射器，第一摄像头的镜头或内部的感光区域全部覆盖有红外滤光片或红外镀膜，第一摄像头的光轴与红外激光发射器的发射方向匹配，实现对移动机器人前下方的有效检测区域内的红外激光反射情况的拍摄；第二摄像头没有装配红外滤光片和红外镀膜，第二摄像头安装在第一摄像头的周围，用于执行视觉定位；其中，红外滤光片或红外镀膜用于过滤有效检测区域内反射的光信号中的可见光；红外激光发射器发射的激光信号与第一摄像头的视角相交形成有效检测区域。

Description

基于激光视觉信息避障导航的移动机器人

技术领域

本实用新型涉及定位避障的技术领域，尤其涉及一种基于激光视觉信息避障导航的移动机器人。

背景技术

中国专利201420865149.1公开一种新型障碍物识别装置，它由激光光源和配套的光幕调制装置构成，用于发射平行于地面的光幕来标识障碍物，它还装有与光幕发射装置发射方向匹配的摄像头，用于拍摄障碍物的反射光斑，当水平光幕照射到前进方向上的障碍物时就会在上面形成一条明亮的带状光斑，被摄像头拍摄到含有反射光斑的场景画面，然后光斑检测装置就可以根据画面上光斑分布情况判断前进路径上障碍物的分布情况，前述障碍物识别装置在检测到强光直射物体（比如布满直线条的墙面）时，由于存在其他反射率较强的可见光造成误判干扰，所以,根据摄像头拍摄到反射光斑来确定前方是否存在的障碍物这一技术方案是不准确的。

实用新型内容

针对前述存在的技术问题，本技术方案使用常规摄像头和红外摄像头协同工作完成红外激光扫描下环境下的抗强可见光的避障导航工作，能克服环境光对障碍物检测稳定性的干扰，方便、快速的检测是否存在障碍物。

为了实现上述目的，本技术方案提供一种基于激光视觉信息避障导航的移动机器人，该移动机器人包括第一摄像头、第二摄像头和至少一个红外激光发射器，第一摄像头的镜头或内部的感光区域全部覆盖有红外滤光片或红外镀膜，第一摄像头的光轴与红外激光发射器的发射方向匹配，实现对移动机器人前下方的有效检测区域内的红外激光反射情况的拍摄；第二摄像头没有装配红外滤光片和红外镀膜，第二摄像头安装在第一摄像头的周围，用于采集移动机器人周围的图像信息以实现视觉定位；其中，红外滤光片或红外镀膜用于过滤有效检测区域内反射的光信号中的可见光；红外激光发射器发射的激光信号与第一摄像头的视角相交形成有效检测区域。

该技术方案在第一摄像头的感光区域上全部覆盖有红外滤光片或红外镀膜，使得第一摄像头专用于拍摄有效检测区域内的障碍物反射的可识别的红外光斑，防止强可见光的干扰；而第二摄像头采集移动机器人周围的图像信息以实现视觉定位，比起单独使用一个摄像头采集的视觉激光信息控制移动机器人，本技术方案提供的两个摄像头协同工作，充分利用了视觉信息和反射光斑信息的各自优点，将视觉信息的建图实时性和激光信息的精确性相结合起来，实现即时矫正障碍物的检测位置以及规划避障路径，有利于克服环境光对障碍物检测稳定性的干扰。

进一步地，所述红外激光发射器设置在所述第一摄像头周边的所述移动机器人的机身壳体面板上；所述红外激光发射器的数量不止一个，这些所述红外激光发射器相对于所述第一摄像头左右对称，且都与所述第一摄像头的光轴保持相同的垂直距离，使得所述有效检测区域的不同距离处的障碍物反射光斑分布于所述第一摄像头的成像画面的不同位置处。该技术方案提供的红外激光发射器呈现左右对射的结构，增加所述激光发射器出射的激光信号的覆盖面积，扩大所述有效检测区域。

进一步地，所述红外激光发射器的发射方向水平向下倾斜，用于发射出扫描地面的激光点；所述红外激光发射器安装在所述第一摄像头的周围，所述红外激光发射器的发射方向与所述第一摄像头的光轴呈一个预设锐角，使得所述红外激光发射器发射的红外激光在所述移动机器人的前方预设距离范围内与所述第一摄像头的视角相交形成所述有效检测区域。在该技术方案中，所述红外激光发射器的发射方向水平向下倾斜，激光点会射往地面，让所述红外激光发射器尽可能多的扫到更多的有效检测点。

进一步地，所述红外激光发射器安装在所述第一摄像头的上方，且两者位置在竖直方向上存在预设高度差值，使得所述有效检测区域的不同距离处的障碍物反射光斑偏离所述第一摄像头的光轴的距离不同；其中，在保持所述红外激光发射器的发射方向和所述第一摄像头的光轴方向不变的前提下，预设高度差值设置得越大，所述有效检测区域越大。该技术方案将用于检测障碍物的有效区域限制在距离所述移动机器人可控的距离内，前述技术方案依据反射光斑偏离光轴的距离差值估算出障碍物的距离。

进一步地，所述第二摄像头安装在所述第一摄像头的上方，它们的视角都朝向所述移动机器人的前进方向上；其中，所述第二摄像头的光轴方向水平向上倾斜，使其拍摄到所述有效检测区域以外的区域图像；所述第一摄像头的光轴方向水平向下倾斜设置，使其拍摄到地面障碍物反射回的激光光斑。所述红外激光发射器的发射方向水平向下倾斜扫描的过程中，激光点会扫描到地面，这种情况下如果同时使用第一摄像头采集的激光信息定位则会导致定位漂移，所以将所述第二摄像头安装在所述第一摄像头的上方代替它执行视觉定位的功能，从而保障所述移动机器人不会因为避障而损失正常的定位功能。

进一步地，所述第二摄像头安装在所述第一摄像头的上方，所述第二摄像头的镜头朝向室内的天花板，所述第一摄像头的光轴方向水平向下倾斜设置，使其拍摄到地面障碍物反射回的激光光斑。不影响所述第二摄像头执行视觉定位功能。

进一步地，所述第二摄像头安装在所述第一摄像头的上方，所述第二摄像头的视角朝向所述移动机器人的前进方向的反方向上，所述第二摄像头的光轴方向水平向上倾斜，所述第一摄像头的光轴的发射方向水平向下倾斜设置，使其拍摄到地面障碍物反射回的激光光斑。该技术方案控制所述第二摄像头通过采集所述移动机器人的后方的图像进行定位，既不会因为采集到反射激光光斑而产生定位漂移，也不会与所述第一摄像头形成视觉上的摄像死角。

进一步地，所述红外激光发射器是一个红外激光发射管，其发射的激光光源信号表现为一条直线的近红外激光，该红外激光的波长为800nm至920nm。从而让所述第一摄像头接收到更多有效的激光反射点。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种基于激光视觉信息避障导航的移动机器人的装配结构及其形成的有效检测区域的示意图（所述红外激光发射器安装在所述第一述摄像头的上方，且所述红外激光发射器的发射方向相对于水平面斜向下设置）。

图2是本实用新型实施例提供的两种不同高度障碍物分别在所述第一摄像头对应的成像画面上呈现的光斑图像的示意图。

图3是本实用新型实施例提供的一种基于激光视觉信息避障导航的移动机器人的装配结构及其形成的有效检测区域的示意图（所述红外激光发射器安装在所述移动机器人的壳体左右两侧）。

图4是本实用新型实施例提供的一种基于激光视觉信息避障导航的移动机器人的俯视图及其形成的有效检测区域的示意图（所述红外激光发射器安装在所述第一摄像头的左右两侧，处于左右对射装配状态）。

图5是本实用新型实施例提供的第一摄像头的内部装配示意图。

附图标记：

101：移动机器人的机体；102：驱动轮；1031：第一摄像头，1032：第二摄像头；104：激光发射器； 1041：右红外激光发射器；1042：左红外激光发射器；105：激光光源；106：第一摄像头1031的视角；107：有效检测区域；

201：中心A高度为h的光斑图像；202:201所在的影像感测片；203：中心A1高度为h1的光斑图像；204:203所在的影像感测片。

51：图像传感器的感光面；52：红外滤光片；53：光学镜头。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行详细描述。为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

本实用新型实施例提供一种基于激光视觉信息避障导航的移动机器人，如图1和图3所示，该移动机器人的机体101外壳前端装配有两种摄像头和至少一个红外激光发射器，本实施例设置的红外激光发射器的数量较佳为多个，其按一定形状进行排布。该移动机器人的机体101的底部装配有驱动轮102，本实施例将两种摄像头划分为第一摄像头1031和第二摄像头1032，第一摄像头1031包括按照常规摄像头依次连接的光学镜头和图像传感器，第一摄像头1031还包括红外滤光片，本实施例在图像传感器的全部感光区域上覆盖有红外滤光片或红外镀膜，本实施例也可以在第一摄像头加设红外滤光片或采用镀膜镜头，第一摄像头1031的镜头是光学镜头。从而将红外滤光片固定在所述第一摄像头1031中,相对于将红外滤光片只是覆盖到图像传感器的一部分感光区域的制造设计工艺而言，在图像传感器的全部感光区域上覆盖有红外滤光片或红外镀膜的制造设计工艺比较简单，降低红外摄像头的制造难度, 由于红外滤光片或红外镀膜用于过滤有效检测区域107内反射的光信号中的可见光，所以第一摄像头1031的装配降低环境光对所述移动机器人根据反射光斑图像检测障碍物的影响，特别是布满直线条的墙面反射的强可见光。所述第一摄像头1031的光轴与红外激光发射器的发射方向匹配，实现对移动机器人前下方的有效检测区域107内的红外激光反射情况的拍摄，其中，红外激光发射器的发射的光幕与地面相交，近似一条直线。所述第一摄像头1031专用于拍摄有效检测区域107内的障碍物反射的可识别的红外光斑，红外激光发射器的发射方向和第一摄像头1031的光轴都设置为朝向移动机器人的前进方向，显然所述第一摄像头1031拍摄的画面中只要出现光斑的地方就代表所述移动机器人检测到前方出现障碍物，这样的识别规则远比识别物体外形的现有技术要简单，现有技术需要大量的图形处理计算工作和庞大的特征数据库，如果遇到计算机特征库里没有的图像特征就无法识别，不利于所述移动机器人实时避障。其中，红外激光发射器发射的激光信号105与第一摄像头1031的视角106相交形成有效检测区域107，有效检测区域107位于移动机器人的前下方；所述激光发射器配合第一摄像头1031的红外滤光片检测近距离的障碍物，利用不可见光反射形成的光斑去识别有效检测区域107内的障碍物，避免图像传感器在成像平面因可见光干扰而出现误判。

在本实施例中，第二摄像头1032没有装配红外滤光片和红外镀膜，第二摄像头1032安装在第一摄像头1031的周围，且第二摄像头1032朝向移动机器人的前方，用于采集移动机器人前方的图像信息，根据实时采集的图像同步构建地图，从而保持实时执行视觉定位导航功能，而不需考虑环境光的干扰，因为可以在强光干扰下的地图构建信息可由第一摄像头1031采集的反射光斑图像提供，保证视觉定位导航功能的正常执行，当然在必要情况下，第二摄像头1032实时采集的图像信息可用于矫正第一摄像头1031采集的反射光斑图像，用于修正障碍物检测的结果。在本实施例中，在第一摄像头1031的感光区域上全部覆盖有红外滤光片或红外镀膜，使得第一摄像头1031专用于拍摄有效检测区域内的障碍物反射的可识别的红外光斑，防止强可见光的干扰；而第二摄像头1032采集移动机器人前方的图像信息以实现视觉定位，比起单独使用一个摄像头采集的视觉激光信息控制移动机器人，本实用新型实施例提供的两个摄像头协同工作，充分利用了视觉信息和反射光斑信息的各自优点，将视觉信息的建图实时性和激光信息的精确性相结合起来，实现即时矫正障碍物的检测位置以及规划避障路径，有利于克服环境光对障碍物检测稳定性的干扰。因此本实施例提供的移动机器人既能避免图像传感器在成像平面因可见光干扰而出现误判，又能保持执行正常的导航定位功能。进而降低摄像头通过拍摄的光斑图像检测障碍物的难度，同时也减少图像库匹配的运算资源。

如图1和图3所示，所述第二摄像头1032安装在所述第一摄像头1031的上方，所述第二摄像头1032的光轴的发射方向水平向上倾斜，所述第二摄像头1032相对于水平向上倾斜的角度不大，但能使其拍摄到所述有效检测区域107以外的区域图像。所述第一摄像头1031的光轴的发射方向水平向下倾斜，所述第一摄像头1031相对于水平向下倾斜的角度不大，但能使其拍摄到地面障碍物反射回的激光光斑。值得注意的是，所述第二摄像头1032和所述第一摄像头1031的视角都朝向所述移动机器人的前进方向上。所述红外激光发射器的发射方向水平向下倾斜扫描的过程中，如果没有障碍物在所述有效检测区域107内，则激光点会扫描到地面，这种情况下仍然使用所述第一摄像头1031采集的激光信息定位则会导致定位漂移，所以本实施例将所述第二摄像头1032安装在所述第一摄像头1031的上方代替它执行视觉定位的功能，从而保障所述移动机器人不会因为执行避障功能而损失正常的定位功能。

由于，所述第二摄像头安装在所述第一摄像头的周围，用于采集移动机器人周围的图像信息以实现视觉定位，所以，所述第一摄像头和所述第二摄像头在所述移动机器人上的相对装配位置还存在以下优选例：

优选地，所述第二摄像头安装在所述第一摄像头的上方，所述第二摄像头的镜头朝向室内的天花板；所述第一摄像头的光轴方向水平向下倾斜设置，使其拍摄到地面障碍物反射回的激光光斑。本实施例拓展所述移动机器人执行视觉定位的视角，使得所述第二摄像头 视觉定位更准确、全面。

优选地，所述第二摄像头安装在所述第一摄像头的上方，所述第二摄像头的视角朝向所述移动机器人的前进方向的反方向上，所述第二摄像头的光轴方向水平向上倾斜，即所述第二摄像头朝向所述移动机器人的后方；所述第一摄像头的光轴的发射方向水平向下倾斜设置，使其拍摄到地面障碍物反射回的激光光斑。本实施例控制所述第二摄像头通过采集所述移动机器人的后方的图像进行定位，既不会因为采集到反射激光光斑而产生定位漂移，也不会与所述第一摄像头形成视觉上的摄像死角。从而保障所述移动机器人能够正常执行定位导航功能。

值得说明的是，本实施例利用最常见的色彩边缘检测算法等常用算法即可完成所述第一摄像头1031的成像画面上的反射光斑图像的检测识别，使所述移动机器人运算工作量大幅度下降，从而更好地提供更多的资源空间给实时定位导航工作。

在前述实施例中，所述红外激光发射器的发射方向水平向下倾斜，用于发射出扫描地面的激光点，这些激光点的集合是一条直线的红外激光束，在没检测到障碍物之前是射在地面上的一条红色的直光线；所述红外激光发射器安装在所述第一摄像头1031的周围，所述红外激光发射器的发射方向与所述第一摄像头1031的光轴呈一个预设锐角，使得所述红外激光发射器发射的红外激光在所述移动机器人的前方预设距离范围内与所述第一摄像头1031的视角相交形成所述有效检测区域107。在本实施例中，所述红外激光发射器的发射方向水平向下倾斜，激光点会射往地面，让所述红外激光发射器尽可能多的扫到更多的有效检测点，提高检测地面凸起的障碍物的效果。

作为一种实施例，如图1所示，所述红外激光发射器104安装在所述第一摄像头1031和所述第二摄像头1032的上方，且所述红外激光发射器104的发射方向相对于水平面斜向下设置，所述第一摄像头1031的光轴L相对于水平面斜向上设置，所述红外激光发射器104的发射方向与所述第一摄像头1031的光轴L呈一个预设锐角，使得所述红外激光发射器104出射的激光光源105与所述第一摄像头1031的视角106相交形成有效检测区域107，所述红外激光发射器的发射方向水平向下倾斜，激光点会射往地面，让所述红外激光发射器尽可能多的扫到更多的有效检测点，也实现激光光源105自上而下地覆盖并交叉于所述第一摄像头1031的有效检测视角范围，然后利用所述第一摄像头1031内部的设置的红外滤光片排除可见光后，从而将检测障碍物的区域限制在距离所述移动机器人前下方较近的区域内，排除远距离的室内障碍物的反射光的影响，辅助检测有效检测区域107内凸起的障碍物，也为所述第二摄像头1032采集的图像信息补充障碍物反射光斑信息，实现在强可见光的环境下实时视觉定位和同步构建地图。

具体地，所述红外激光发射器104的发射方向与所述第一摄像头1031的光轴L呈40度至50度之间的预设锐角，所述红外激光发射器104的发射端与所述第一摄像头1031的镜头都朝向所述第一摄像头1031的前方，辅助检测所述第一摄像头1031的前方地平面上凸起的障碍物，所述红外激光发射器104的发射方向与水平方向成一个预设出射角度，所述红外激光发射器104的发射方向水平向下倾斜，激光点会射往地面，让所述红外激光发射器尽可能多的扫到更多的有效检测点。使得所述红外激光发射器104发射的激光光源105在所述移动机器人的前方预设距离范围内与所述第一摄像头1031的视角相交形成有效检测区域107。在本实施例中，所述第一摄像头1031的安装方式将检测障碍物的区域限制在距离所述移动机器人较近的区域内，即所述有效检测区域107，加上所述第一摄像头1031的滤光片排除可见光后，可以实现排除远距离的室内障碍物的反射光或外界强可见光反射的干扰，去除强光斑造成的虚假障碍物，适用于室内各种复杂环境。值得注意的是，所述预设出射角度的角度范围为40度至80度。精确限制所述红外激光发射器相对于水平面的发射方向，有利于覆盖并交叉于所述摄像头的有效检测视角范围。

作为一种实施例，结合图3和图4可知，所述激光光源发射104器包括左红外激光发射器1042和右红外激光发射器1041，如图4所示，它们对称地安装在所述第一摄像头1031的左右两侧，对应装配在所述移动机器人的机体101的左右侧面壳体上，即安装在所述第一摄像头1031周边的所述移动机器人的机身壳体面板上，左红外激光发射器1042和右红外激光发射器1041都与所述第一摄像头1031的光轴保持相同的垂直距离。左红外激光发射器1042的发射方向相对于水平面斜向右下方，右红外激光发射器1041的发射方向相对于水平面斜向左下方，左红外激光发射器1042出射的激光光源105、右红外激光发射器1041出射的激光光源105与所述第一摄像头1031的视角106相交形成一个位于移动机器人的前下方的有效检测区域107，左红外激光发射器1042出射的激光光源105和右红外激光发射器1041出射的激光光源105在有效检测区域107内障碍物所形成的光斑是一个等腰三角形，反射到所述第一摄像头1031的感光面后形成有规则的图形，方便光斑的识别，可减小外界光线（例如强光）在障碍物形成的亮点造成的干扰。相对于前述实施例提供的所述红外激光发射器104安装在所述第一摄像头1031的上方的结构，本实施例提供的左红外激光发射器1042和右红外激光发射器1041的左右对射结构，增加所述红外激光发射器104出射的激光光源信号的覆盖面积，扩大所述有效检测区域。

具体地，红外激光发射器1042和右红外激光发射器1041都优选为单线激光雷达，它们发出的激光光源信号105都是单线，用于扫描平面，可以帮助所述移动机器人规避障碍物，其扫描速度快、分辨率强、可靠性高。本实施例将红外激光发射器1042和右红外激光发射器1041按一定形状排布于所述第一摄像头1031的左右两侧，且它们发射方向都与所述第一摄像头1031的光轴相交，彼此互成一定的角度，且相对于水平面斜向下设置，大幅度增强激光光源105的线性集中程度。本优选实施方式还可以设置预设数量的左红外激光发射器和右红外激光发射器，相应地安装在所述第一摄像头1031的左右两侧以排布成规则的形状，使这些红外激光发射器在障碍物的反射面上形成的光斑是有一定形状的，该光斑在所述第一摄像头1031的成像平面中形成较为容易识别的图形，有利于通过光斑识别障碍物；多个红外激光发射器发射的激光可以在障碍物上形成多个光斑，这些光斑尤其为形成可方便识别的图形，进一步地减少外界光线(例如强光)在障碍物形成的亮点造成的干扰。也同时也有利于从多个方位去检测所述第一摄像头1031的前方地平面周围凸起的障碍物，如图4所示，通过左红外激光发射器1042形成的光斑测出所述移动机器人的机体101前进方向右侧地表上的障碍物，而通过右红外激光发射器1041形成的光斑测出所述移动机器人的机体101前进方向左侧地表上的障碍物。

优选地，所述红外激光发射器优选为一个红外激光发射管，其发射的激光光源信号表现为一条直线的红外激光，该红外激光的波长为800nm至920nm，或者是所述波长范围内一个或预设数量的波长的红外光源的组合，该红外激光是近红外光源，由于红外激光为不可见光，并且人眼对红外感受微弱甚至不感受，红外激光对人无侵扰，红外激光应用在人不察觉中进行，所述摄像头系统可以利用红外激光在黑暗中进行避障。本实施例采用红外激光光源，充分利用红外激光高方向性、低散射的特点，使照射出的激光发散角度极小、几乎没有散射光，同时减弱可见光的干扰。如图1的激光光源105所示，始终与地面相交于一条直线，地面反射的光斑只有射入所述有效检测区域107才能被所述第一摄像头1031拍摄到。当所述激光光源105对物体照射时就会在该物体上投射出一条明亮的带状光斑。如图1 所示，当所述激光光源105与路面相交并以所述预设出射角度倾斜向下照射时，如果路面上有障碍物就会在该障碍物表面反射出由激光点束形成的光斑，且进入所述有效检测区域107被所述第一摄像头1031拍摄到。

因此，所述红外滤光片优选是红外带通滤光片或红外低通滤光片，用于抑制或滤除可见光以及高频段的光谱信号，只是允许红外光信号通过，在具体应用中，所述红外滤光片为低通型、带通型、长通截止型或截通型的红外滤光片，比如当所述红外激光发射器出射850nm的红外激光进行障碍物识别时，可以采用配合中心波长为850nm的红外带通滤光片，使得850nm的红外反射激光通过，而滤除其他波长的反射光线。本实施例采用的所述红外带通滤光片或所述红外低通滤光片，可以是抑制或滤除可见光的红外滤光片、或贴在所述图像传感器的感光面的镀膜，它们用于滤出所述红外激光，从而阻挡可见光进入所述图像传感器的感光面301，使得感光面301内的光斑成像可以不受可见光的干扰，提高红外光成像质量，从而实现所述图像传感器接收所述红外激光，并在感光面301完成红外光斑成像。本实施例采用红外光识别障碍物，降低环境光带来的干扰，同时所述第二摄像头1032还能利用可见光进行视觉导航定位，将避障功能和同步定位功能由不同位置和类型的图像传感器承担，加快所述移动机器人的处理速度，也增加所述移动机器人避障定位的可靠性。

如图5所示，所述红外滤光片52以特定材料贴在所述感光面51处，且所述红外滤光片52的面积等于所述感光面51的面积，如图5 中黑色斜线覆盖的区域52，相对于覆盖感光面51的部分区域的制造工艺简单。感光面51是由多个三基色(R、G、B)感光元器件按照特定顺序规则排列组成，本实施例将所述感光面51内的感光元器件设置为被红外光成像区覆盖，用于输出红外光成像数据。所述红外滤光片52用于通过吸收或反射可见光的方式过滤出入射光学镜头53的光信号中的红外激光，使其射入所述图像传感器的感光面51，如图5的带箭头的虚线，光学镜头53右侧的带箭头的虚线表示第一摄像头1031的外界入射的光信号，该光信号先入射到光学镜头53，然后经过折射变为光学镜头53左侧的带箭头的虚线，进入所述图像传感器的感光面51，即进入所述红外滤光片52进行可见光的滤除。

在图5中，红外滤光片52可以通过专用胶水粘贴在所述图像传感器的感光面51上，从而将红外滤光片52固定在所述第一摄像头1031的内部，其中，所述图像传感器在具体应用中，可以通过任意可行的方式固定于支架，进而通过支架固定于线路板，从而使光学镜头53正对图像传感器的感光面51设置，例如，通过卡扣卡合固定、通过胶水粘贴或通过螺纹紧固件紧固等方式将所述图像传感器固定于支架。光学镜头53以预设工作距离正对所述红外滤光片52。同理，光学镜头53通过所述第一摄像头1031的内部的镜座固定设置在远离图像传感器的感光面51的一侧，用于有效检测区域107内反射的光信号聚焦于贴在感光面51上的所述红外滤光片52，其中，光学镜头53具体通过卡扣卡合固定、通过胶水粘贴或通过螺纹紧固件紧固等方式固定于常规的镜座上。本实施例中，所述红外滤光片52用于在激光光源信号聚焦于感光面51之前，过滤反射的光信号中的可见光，使得所述感光面51的预设感光区域只接收红外激光发射器104发出的红外光谱。本实施例将所述红外滤光片52在所述图像传感器上的固定结构设置得比较简单，有利于引导入射的红外激光信号在所述感光面51内红外成像，并滤除可见光。

优选地，所述红外激光发射器104所处的安装位置与所述第一摄像头1031所处的安装位置存在预设间距值，使得不同距离处的障碍物反射红外光斑偏离所述光学镜头的光心的距离不同，分布于所述第一摄像头1031的成像画面的位置也不同，其中所述第一摄像头1031的镜头光轴的位置是固定的。在保持所述预设锐角和所述光学镜头53的光轴不变的前提下，当预设间距值设置得越大，所述激光光源105覆盖并交叉于所述第一摄像头1031的视角106的区域越大，形成的所述有效检测区域107越大。本实施例可根据室内环境的分布状况，对所述红外激光发射器与所述第一摄像头的相对间距进行调节，使得所述红外滤光片更为有效地滤除可见光，入射更多的来自所述红外激光发射器的红外激光信号，进而提高障碍物的检测效果。

结合图1和图2可知，所述第一摄像头1031拍摄到所述有效检测区107内的第一预设位置处的障碍物反射光斑，并在所述第一摄像头1031的成像画面位置处的影像感测片202上形成光斑图像201，光斑图像201的中心位置A在影像感测片202上的高度为h；当障碍物相对于所述第一预设位置拉近其与所述第一摄像头1031的距离时，所述第一摄像头1031拍摄到所述有效检测区107内的第二预设位置处的障碍物反射光斑，并在所述第一摄像头1031的成像画面位置处的影像感测片204上形成光斑图像203，光斑图像203的中心位置A1在影像感测片204上的高度为h1，其中高度h1明显大于高度h，而且第一预设位置与所述第一摄像头1031的水平距离大于第二预设位置与所述第一摄像头1031的水平距离。因此本实施例可以根据所述第一摄像头1031的成像画面上的反射红外光斑图像来判断其与所述有效检测区107内的障碍物的远近程度。值得说明的是，所述移动机器人完成识别障碍物后还可以依据光斑分布于所述第一摄像头1031的成像画面中的高度差异估算出障碍物的距离，其依据的就是中学课本几何光学中的凸透镜成像原理，该原理在很多光学测距仪器中都有应用属于公知技术，不再具体赘述。同理，图3对应的实施例下也会出现图2所示规律的光斑图像，只是光斑图像相对旋转90度，但是图3对应实施例依然可以根据所述第一摄像头1031的成像画面上的反射红外光斑图像来判断其与所述有效检测区107内的障碍物的远近程度。

结合图1、图2和图3可知，在所述移动机器人前进过程中，当前方的障碍物在所述有效检测区域107之外时，所述第一摄像头1031的成像平面上没有来自前方的障碍物反射的光斑图像，本实施例可以将所述第一摄像头1031的成像平面视为所述图像传感器的感光面51；在所述移动机器人前进过程中，当前方的障碍物比较远，所述激光光源105和所述第一摄像头1031视角没有交集，所述第一摄像头1031拍摄不到激光光源，当前面有障碍物逐渐靠近，开始进入所述激光光源105和所述第一摄像头1031的视角106的交集点区域时，前方的障碍物出现在所述有效检测区域107内，来自前方的障碍物反射的红外光斑图像出现在所述图像传感器的感光面51上,且在所述有效检测区域107内，前方的障碍物越靠近所述移动机器人，光斑图像在所述图像传感器的感光面51上的位置偏离所述光学镜头的光心的距离越大。因此所述移动机器人可以根据所述第一摄像头1031的成像画面上的反射光斑图像来判断其与所述有效检测区107内的障碍物的远近程度，进而做出相应的避障路径规划。本实施例根据室内环境的分布状况，在所述移动机器人的机体101上对所述红外激光发射器104与所述第一摄像头1031的相对间距位置进行调节，尽可能提高障碍物的检测效果。

前述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的是让熟悉该技术领域的技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此来限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作出的等同变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于激光视觉信息避障导航的移动机器人，该移动机器人包括第一摄像头、第二摄像头和至少一个红外激光发射器，其特征在于，第一摄像头的镜头或内部的感光区域全部覆盖有红外滤光片或红外镀膜，第一摄像头的光轴与红外激光发射器的发射方向匹配，实现对移动机器人前下方的有效检测区域内的红外激光反射情况的拍摄；

第二摄像头没有装配红外滤光片和红外镀膜，第二摄像头安装在第一摄像头的周围，用于采集移动机器人周围的图像信息以实现视觉定位；

其中，红外滤光片或红外镀膜用于过滤有效检测区域内反射的光信号中的可见光；红外激光发射器发射的激光信号与第一摄像头的视角相交形成移动机器人的前方的有效检测区域。

2.根据权利要求1所述移动机器人，其特征在于，所述红外激光发射器的发射方向水平向下倾斜，用于发射出扫描地面的激光点；所述红外激光发射器安装在所述第一摄像头的周围，所述红外激光发射器的发射方向与所述第一摄像头的光轴呈一个预设锐角，使得所述红外激光发射器发射的红外激光在所述移动机器人的前方预设距离范围内与所述第一摄像头的视角相交形成所述有效检测区域。

3.根据权利要求2所述移动机器人，其特征在于，所述红外激光发射器安装在所述第一摄像头的上方，且两者位置在竖直方向上存在预设高度差值，使得所述有效检测区域的不同距离处的障碍物反射光斑偏离所述第一摄像头的光轴的距离不同；

其中，在保持所述红外激光发射器的发射方向和所述第一摄像头的光轴方向不变的前提下，预设高度差值设置得越大，所述有效检测区域越大。

4.根据权利要求2所述移动机器人，其特征在于，所述红外激光发射器设置在所述第一摄像头周边的所述移动机器人的机身壳体面板上；

所述红外激光发射器的数量不止一个，这些所述红外激光发射器相对于所述第一摄像头左右对称，且都与所述第一摄像头的光轴保持相同的垂直距离，使得所述有效检测区域的不同距离处的障碍物反射光斑分布于所述第一摄像头的成像画面的不同位置处。

5.根据权利要求2至4任一项所述移动机器人，其特征在于，所述第二摄像头安装在所述第一摄像头的上方，它们的视角都朝向所述移动机器人的前进方向上；其中，所述第二摄像头的光轴方向水平向上倾斜，使其拍摄到所述有效检测区域以外的区域图像；所述第一摄像头的光轴方向水平向下倾斜设置，使其拍摄到地面障碍物反射回的激光光斑。

6.根据权利要求2至4任一项所述移动机器人，其特征在于，所述第二摄像头安装在所述第一摄像头的上方，所述第二摄像头的镜头朝向室内的天花板；所述第一摄像头的光轴方向水平向下倾斜设置，使其拍摄到地面障碍物反射回的激光光斑。

7.根据权利要求2至4任一项所述移动机器人，其特征在于，所述第二摄像头安装在所述第一摄像头的上方，所述第二摄像头的视角朝向所述移动机器人的前进方向的反方向上，所述第二摄像头的光轴方向水平向上倾斜；所述第一摄像头的光轴的发射方向水平向下倾斜设置，使其拍摄到地面障碍物反射回的激光光斑。

8.根据权利要求1至4任一项所述移动机器人，其特征在于，所述红外激光发射器是一个红外激光发射管，其发射的激光光源信号表现为一条直线的近红外激光，该红外激光的波长为800nm至920nm。

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